Sort hul eller nyfødte stjerner? SOFIA finder galaktisk puslespil

Universities Space Research Association (USRA) meddelte i dag, at forskere på NASA's Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) fandt et mærkeligt sort hul, der ændrer sine galaktiske omgivelser på en måde, der normalt forbindes med nyfødte stjerner.

Astronomer studerer, hvordan stjerner dannes i meget fjerne galakser ved at søge efter signaturer af gas, der opvarmes af stjernerne kaldet ioniseret kulstof. Men SOFIA opdagede, at aktive sorte huller også kan opvarme denne gas. Disse resultater modsiger den langvarige forståelse af, at den energi, der skaber ioniseret kulstof i fjerne galakser, er fra stjernedannelse alene. Denne opdagelse tvinger videnskabsmænd til at revurdere den effekt, sorte huller har på galakser og stjernerne inde i dem.

Sorte huller er i sagens natur mærkelige, med gravitationskræfter så stærke, at intet, ikke engang lys, kan undslippe. Da aktive sorte huller forbruger gas og støv, noget af det materiale sendes i stedet ud som stråler af højenergipartikler og stråling. Normalt er disse jetfly vinkelret på værtsgalaksen, men NASAs Stratosfæriske Observatorium for Infrarød Astronomi, fundet en, der skyder direkte ind i sin galakse.

Den jet varmer gas omkring galaksens centrum på en måde, der er karakteristisk for stjerner, der bliver født. Dette får forskerne til at revurdere deres ideer om en nøglegas forbundet med babystjerner, og om hvordan sorte huller generelt påvirker deres værtsgalakser.

"Det sorte huls jetorientering er så ejendommelig, " sagde Irina Smirnova-Pinchukova, videnskabsmand ved Max Plank Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland. "Det transformerer omgivelserne på samme måde som nyfødte stjerner ville men stjerner alene kunne ikke forårsage det, vi observerede."

Stjerner fødes dybt inde i himmelske skyer af støv og gas, en proces skjult for vores syn i synligt lys. Men infrarødt lys, som vores øjne ikke kan se, kan trænge ind i disse skyer. SOFIA, for eksempel, bruger infrarødt lys til at studere, hvordan stjerner fødes. Men selv med kraftige teleskoper, astronomer kan ikke se detaljer som nyfødte stjerner i ekstremt fjerne galakser. I stedet, de jager efter signaturer af gas, der opvarmes af nyfødte stjerner, kaldet ioniseret kulstof. Fordi ioniseret kulstof så ofte findes i forbindelse med nyfødte stjerner, forskere antager ofte, at stjernedannelse finder sted, når de finder gassen i fjerne galakser.

Men da forskere på SOFIA studerede fem nærliggende galakser med aktive sorte huller, de opdagede, at den med den laveste stjernefødselsrate indeholdt mest ioniseret kulstof. Faktisk, der var 10 gange mere end i andre galakser af lignende størrelse og sammensætning. Men stjernefødselsraten er så lav, at den kun kan producere 25 % af den gas, de har opdaget. Med andre ord, nyfødte stjerner alene kunne ikke forklare overfloden af ​​ioniseret kulstof. Der må være en anden forklaring på denne vigtige kemiske signatur.

Holdet brugte SOFIAs instrument kaldet Field Imaging Far-Infrared Line Spectrometer, eller FIFI-LS, at nøje undersøge galaksen, HE 1353-1917. USRA's Randolph Kline støttede den observerende forberedelse og henrettelse, assisterer de videnskabsmænd, der fandt ud af, at det sorte huls jetfly skyder stråling direkte ind i galaksen, snarere end i rummet omkring det. Det meste af det ioniserede kulstof er koncentreret nær galaksens aktive sorte hul, hvilket indikerer, at den mystiske kilde til gassen er den intense stråling, som det sorte huls jetstråle genererer.

Dette modsiger den længe holdte antagelse om, at ioniseret kulstof primært er en signatur for nyfødte stjerner. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

"Uden adskillige observationer af nærliggende galakser, vi finder måske ikke sådanne usædvanlige tilfælde, hvor et sort hul er en kilde til ioniseret kulstof, " sagde Smirnova-Pinchukova. "Denne gas er et af de vigtigste værktøjer, vi har til at studere ekstremt fjerne galakser, som ikke kan ses i store detaljer."

Oplysninger fra nærliggende galakser, såsom hvordan sorte huller kan skabe ioniseret kulstof og påvirke en galakses efterfølgende udvikling, er afgørende for at forstå data fra andre observatorier, herunder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, eller ALMA observatorium, i Chile. Radioteleskoper som ALMA studerer nogle af de mest fjerne og svage galakser, som ofte er så langt væk, at selv kraftige teleskoper kun kan registrere dem som et lyspunkt. Det lys er fuld af information, men detaljer om nærliggende galakser indsamlet af SOFIA er nødvendige for at fortolke data fra de fjerneste områder af universet. Nu ved forskerne, at høje niveauer af ioniseret kulstof i en fjern galakse ikke kun kan indikere, at en masse stjerner bliver født, men også at et sort huls jetfly kan være ansvarlig for de samme slags kemiske signaturer.